Hõimkond Proteobacteria

Hõimkond ProteobacteriaVäga suur hõimkond (ca 200 perekonda), kuhu kuuluvad g(-) bakterid. Hõimkond jaguneb 5 klassiks: alfa-, beeta-, gamma-, delta- ja epsilonproteobakteriteks. Hõimkond sai esialgu nime purpurbakterite järgi, keda paljud selle hõimkonna klassid (alfa-, beeta- ja gammarühm) sisaldavad.

http://xoomer.virgilio.it/medicine/physiobacteriataxonomy.html

http://www.museums.org.za/bio/eubacteria/index.htm





Hõimkond Proteobacteria (proteobakterid)

Proteobakterite hulgas on fototroofe, heterotroofe, kemolitoautotroofe, aeroobe ja anaeroobe. Morfoloogiliselt kuulub sinna lihtsa morfoloogiaga kokke ja pulki, aga ka punguvaid ja jätketega baktereid ning ka viljakehi moodustavaid vorme.

Hõimkond Proteobacteria (proteobakterid)Hõimkond Proteobacteria (proteobakterid, nimetatud ka purpurbakteriteks)

Alfa-, beeta- ja gammaproteobakterite klassid sisaldavad purpurbaktereid

Hõimkond on nimetatud Kreeka jumala Proteuse järgi, kel oli palju kujusid. See võiks iseloomustada proteobakterite hõimkonna kirjusust. Kuigi hõimkond on fenotüübiliselt hästi kirju, eristub ta ühtse rühmana 16SrRNA järjestuste alusel ja ka näiteks mõnede valkude (Hsp70) järjestuste alusel.

Proteobakterite eellane võis olla fototroof. Proteobakterite delta- ja epsilonharus on fotosünteesivõime edasises evolutsioonis kaduma läinud

Klass Alfaproteobakterid

Siia kuulub 6 seltsi:

1) Rhodospirillales

2) Rickettsiales

3) Rhodobacterales

4) Sphingomonadales

5) Caulobacterales

6) Rhizobiales







Alfaproteobakterite hulgas on rohkesti neid baktereid, kes elavad koos eukarüootsete rakkudega Rhizobium on liblikõieliste taimede juuremügarate sümbiont, Azospirillum on taimede risosfääri bakter. Agrobacterium põhjustab taimedel mitmesuguseid kasvajaid, riketsiad on loomade rakusisesed parasiidid. Kõik need eukarüootidega mingis seoses olevad liigid klasterduvad selles alamhõimkonnas kokku ja on ilmselt ühise evolutsioonilise päritoluga. Nende eellasel võis seega olla mingeid omadusi, mis soodustasid nende kooselu eukarüootsete rakkudega.

Arvatakse, et alfaproteobakter võiks olla eukarüootse raku mitokondri eellane.

Alfa-proteobakterite rühma kuulub näiteks ka perekond Paracoccus, kelle elektrontransportahel on väga sarnane mitokondri elektrontransportahelaga, mis näitab veel kord, et alfaproteobakterite hulgast peaks otsima mitokondri eellast.

Alfa-proteobakterite rühma kuulub näiteks ka perekond Paracoccus, kelle elektrontransportahel on väga sarnane mitokondri omaga.

Alfa-proteobakterite rühmas on rohkesti eukarüootide rakusiseseid parasiite ja ka taimedega koos elavaid baktereid

Rhodospirillum on purpurne mitteväävlibakter.

Rhodospirillum

Selts Rhodospirillales

Rhodospirillum on purpurne mitteväävlibakter.


Purpursete mitteväävlibakterite rikastuskultuurid mineraalsoolade ja suktsinaadiga puljongis (anaeroobselt valguse käes kasvatatud) ja nende punased kolooniad Petri tassil

Esimesed N2 fikseerivad spirillid avastas Beijerinck 1925. a.

Azospirillumit võib leida mullast ja eriti rohkesti on neid taimejuurte ümbruses. Nad on levinud üle kogu maailma. Teda on isoleeritud nisu, maisi, sorgo ja riisijuurtelt ja juurte seest ja ka riisi lehetuppedest. Kuna nad eelistavad kõrgemat temperatuuri, on neid enam soojades maades.

Liigid: A. brasilense, A. lipoferum, A. amazonense jne.

Azospirille isoleeritakse N-vabas poolvedelas söötmes, kuhu C-allikana pannakse mõnda org. hapet, näiteks malaati. Vedelsööde või tardsöötme pealispind ei sobi, kuna need bakterid fikseerivad N2 ainult

mikroaeroobsetes tingimustes. Ilmselt nende nitrogenaas ei ole kuidagi O2 eest kaitstud.

AzospirillumSelts Rhodospirillales

Azospirillum on taimede risosfääri bakter, kes seob õhulämmastikku.

Azospirillum

Azospirillid on tömbid kõverdunud pulgad, mis liiguvad polaarse viburi abil. Kui rakke kasvatada pehmel agarsöötmel, võivad moodustuda ka arvukad külgviburid ja ilmneda voogamine. Ebasoodsates tingimustes tsüsteeruvad. On aeroobsed, kuid ka nõrka kääritamist on kirjeldatud. Lemmik C-allikateks on org. happed. Praegu ei olda päris kindlad, kui suure osa taime N-bilansist võiks anda juurtega assotsieeruvad azospirillid. Kuna need bakterid toodavad ka taimehormoone (IAA), siis osa biomassi juurdekasvu azospirillidega nakatatud taimedel võiks kanda hormoonide kaudu kasvu stimuleerimise arvele. Ka on arvatud, et bakter võib oma nitraadi reduktaasiga aidata taimel assimileerida nitraatset N.


Perekonnad Acetobacter ja Gluconobacter.Viivad läbi suhkrute ja alkoholide mittetäielikku oksüdatsiooni orgaaniliste hapeteni. Veini- ja äädika tegemine on alati koos käinud. Juba 4000 a e.m.a. tehti Babüloonias veiniäädikat. Veinis sisalduvast etanoolist moodustavad mõned bakterid äädikhapet. Neid baktereid hakati nimetama äädikhapebakteriteks. Esmalt kirjeldas äädikhapebaktereid Persoon 1822. a. Juba Pasteuri ajal oli teada, et neid baktereid saab isoleerida veini pinnale moodustuvast kilest. Oli ka teada, et äädika tekkeks on vaja hapniku juurdepääsu. looduses on neid baktereid on alati küpsete viinamarjade pinnal ja nad hakkavad kiiresti paljunema, kui marjad on vigastatud. 20. sajandi alguses hakati äädika valmistamisel kasutama puhaskultuure, et pääseda saastajatest, nagu A. xylinum.


Äädikhapebaktereid on uuritud, kuna neid kasutati äädika tootmisel ja kuna nad põhjustasid veini ja õlle riknemist. Neid saab isoleerida näiteks etanooliga tardsöötmel, kuhu on lisatud kriiti. Kriit lahustub koloonia ümbert, sest rakud moodustavad etanoolist äädikhapet. Neile bakteritele on iseloomulik ka kõrge happetaluvus. Taluvad pH 5.0 ja alla selle.


Acetobacter ja Gluconobacter on eristatavad põhiliselt selle poolest, et neil on erinev viburite paigutus ja org. hapete edasi oksüdeerimise võime. Gluconobacteril on polaarsed viburid, Acetobacter on peritrihh.

Acetobacter suudab äädikhapet edasi oksüdeerida, Gluconobacter mitte. Mõlemad perekonnad on küllalt sarnased perekonnaga Pseudomonas. Pseudomonas’el on nagu Acetobacteril’ gi täielik tsitraaditsükkel ja ta oksüdeerib toodetud äädikhappe edasi CO2-ks.


Acetobacteri, Gluconobacteri ja Pseudomonase eristamineTunnus Acetobacter Gluconobact

erPseudomonas

Viburid Peritrihhaalsed

Polaarsed Polaarsed

Kasv pH 4.5 juures + + -

Etanooli oksüdeerimine äädikhappeks

+ + -

Aädikhappe oksüdeerimine CO2 ja veeni

+ - +

Täielik TCA tsükkel + - +

Fülogeneetiline kuuluvus -proteobakterid

-proteobakterid

-,- või -proteobakterid

Aädika tootmisel kasutatakse Acetobacteri ja Gluconobacteri tüvesid. Protsessis on v. oluline aereerimine. Toorainena võib kasutada veini, aga ka puhtaid etanoolilahuseid.

Äädikat saab ka keemiliselt toota, kuid mikrobioloogilisel tootmisel, eriti veini baasil, moodustub aromaatne produkt (estrid jne). Äadikhapebakterid on ka tuntud õllesaastajad koos perekondadega Lactobacillus, Pediococcus, Zymomonas, enterobakterite ja metsikute pärmidega. Acetobacter ja Gluconobacter kuuluvad ka teeseene koosseisu. See on sümbioos pärmide (Candida mycoderma) ja äädikhapebakterite vahel. Bakterite poolt moodustatavasse rakuvälisesse tselluloosi immobiliseeruvad pärmirakud ja tekib sültjas mass.


Biokeemia

Heksooside lagundamise radadest töötab nii Gluconobacteril kui ka Acetobacteril oksüdatiivne PPC, osadel liikidel ka ED rada. Terviklikku glükolüütilist rada neil pole. TCA tsükkel on terviklik Acetobacteril, kuid defektne Gluconobacteril.

Nii Acetobacter kui ka Gluconobacter oksüdeerivad suhkuralkohole vastavateks ketoosideks. Näiteks glütserool transformeeritakse dihüdroksüatsetooniks, mida kasutatakse kunstpäevituskreemides.


Biokeemia

Huvitav on ka rakuvälise tselluloosi esinemine neil bakteritel. Enim on selle teket uuritud A. xylinumil. Tselluloos liidab rakud kiledeks ja siis nad ujuvad söötme pinnal. Seal palju hapnikku! Tselluloosi moodustub enam seisukolvis kasvatamisel, kui loksutil. Tselluloosi süntaas on membraaniseoseline ensüüm. Raku sees muudetakse glükoos polüglükosaaniks, mis transporditakse raku pinnale. Raku pinnal toimub polümeeri edasine muutmine lahustumatuks kristalliliseks tselluloosiks.

Kasutatakse tsellulaaside uurimisel puhta tselluloosse substraadina. Selline tselluloos ei sisalda hemitselluloosi jm saastaineid.


Acetobacter xylinum ja tselluloosikiud


Acetobacter diazotrophicus on suhkrurootaime juhtkudedes elav N2 siduv bakter. Vajab ja talub väga kõrget suhkrusisaldust. Sümbioos? Toodab sahharoosist levaansukraasi abil fruktoosist koosnevat polümeeri levaani, mida annab biotehnoloogias kasutada.


Selts Rickettsiales - riketsiad

Neid on peetud viiruste ja bakterite vahevormideks. Tegelikult on parasiitsed g(-) bakterid. Nad paljunevad ainult elusrakus.16SrRNA järjestustelt kuuluvad alfa-proteobakterite hulka. Sellest rühmast on riketsiad kõige lähedasemad perekonnaga Agrobacterium, kes tekitab taimedel kasvajaid. Nende 16SrRNA järjestused on ca 95% sarnased. Seega arvatakse, et riketsiad võivad olla evolutsioneerunud taimepatogeenidest.

Riketsiad inimese rakus


Riketsiad paljunevad pooldumisega, gen aeg ca 8 t. Parasiteerivad selgroogsete loomade erütrotsüütides, retikuloendoteelirakkudes ja veresoonte endoteelirakkudes. Neid leidub ka verd imevates putukates (puugid, täid, kirbud), kes võivad olla nii vahe- kui ka lõpp-peremeheks. Putukatel võivad nad olla kahjutud parasiidid. Putukad kannavad riketsiad üle inimesele.Kuna on tegu patogeenidega, on neid ka palju uuritud. Riketsiad tungivad rakku, indutseerides fagotsütoosi. Riketsiad vabanevad fagosoomist kohe ja jagunevad aktiivselt raku tsütoplasmas.

Selts Rickettsiales - riketsiadRakk lõhkeb ja riketsiad vabanevad. Premeesorganism kahjustub mitte ainult rakkude lüüsi tõttu, vaid ka seetõttu, et riketsiate rakukestad on inimesele toksilised.

Riketsiad erinevad kõigist teistest bakteritest füsioloogia ja metabolismi poolest. Neil puudub glükolüüs ja nad ei saa glükoosi kasutada energiaallikana. Selle asemel oksüdeerivad nad glutamaati ja TCA tsükli vaheprodukte. Riketsiate rakumembraanis on transporterid, mis võimaldavad kasutada peremeesraku metaboliite. Näiteks transpordivad nad NAD-i ja UDPGlc. Membraanis on ka antiport ATP/ADP, mis transpordib peremeesrakust ATP-d ja annab vastu ADP. Seega saab peremeesraku ATPd kasutada energiaallikana. Selliste keeruliste toitumisnõudluste tõttu kasvatatakse riketsiaid koekultuuris või kanaembrüos.


Olulised patogeenid:R. prowazekii ja R. typhii – põhjustavad tüüfust e. soetõbe. Levib näiteks täihammustustega (peatäi ja riidetäi). Nakatunud täi sooleepiteel rakud sisaldavad riketsiaid. Täid ise surevad mõne päeva jooksul ära ja riketsiad satuvad täide väljaheidega nahavigastuste kaudu inimese verre. Esimese Maailmasõja ajal oli see tõsine haigus. Siis tappis see Ida- Euroopas ca 3 miljonit inimest. See on alati olnud oht sõja ajal sõduritele. Haiguse tunnused: palavik, peavalu, nõrkus. 5-9 päeva pärast ilmneb lööve, mis läheb üle kogu keha, v.a. nägu, peopesad ja jalatallad. Tüsistustena on tüüfusel kesknärvisüsteemi kahjustused, kopsu, neeru ja südamekahjustused. Abdest aitavad tetratsükliin ja kloroamfenikool.


Tüüfuse riskipiirkonnad

Siia kuuluvad fotosünteesivad purpursed mitteväävlibakterid Rhodobacter ja Rhodovulum. Ka fakultatiivne kemolitotroof (vesiniku ja väävliühendite oksüdeerija) Paracoccus denitrificans kuulub sellesse seltsi.

Selts: Rhodobacterales

Sisaldavad rakumembraanis sfingolipiide. Neid baktereid on vees ja mullas kuid nende hulgas on ka patogeene. Setsi kuulub näiteks perekond Sphingomonas. Perekonnad Erythrobacter, Erythromicrobium ja Porphyrobacter, on nii nagu Sphingomonaski aeroobsed kemoorganotroofid, kuis sisaldavad bakteriklorofülli a ja karotinoide. Need on jäänud neile ilmselt nende anaeroobselt fototroofselt esivanemalt. Ka perekond Zymomonas kuulub sellesse sugukonda.

Selts: Sphingomonadales

Perekond Zymomonas

Küllalt sarnane perekonnaga Pseudomonas (näiteks esineb mõlemal ED rada), aga Zymomonas on kääritaja.

Käärimisel moodustub põhiproduktina etanool.

Etanool ja CO2 tekivad püruvaadi dekarboksülaasi ja alkoholi

dh abil, nagu S. cerevisiaelgi, kuid heksoose lagundavad nad erinevates radades. Kui Euroopas kasutati alkoholitööstuses peamiselt Saccharomycest, siis näiteks troopilistes maades on kasutatud just Zymomonast.


Perekond Zymomonas

Peaaegu kogu substraadi konverteerib etanooliks, rakumassi moodustub vähe. Taluvad väga kõrget suhkrusisaldust söötmes (kuni 30-40%) ja etanooli taluvus on neil 10-13% (pärmidel 12-15%), mis on bekterimaailmas haruldane. Enamus baktereid talub vaid 1-2% etanooli.

Zymomonase membraanidest on leitud steroolitaolised lipiidid hopanoidid ja arvatakse, et need ained stabiliseerivad membraane. Hopanoidide sünteesiks ei ole vaja hapnikku, steroolide sünteesiks on vaja.

Kuna need bakterid on levinud kõrge suhkrusisaldusega keskkonnas, siis kasutavad suhkrute rakku transportimiseks mitte aktiivtransporti, vaid vahendatud difusiooni, nagu pärmidki. See on muidu bakterimaailmas üpris haruldane.


Perekond Zymomonas

Zymomonas on hõlpsast geneetiliselt manipuleeritav. Zymomonasest on kloneeritud ja sekveneeritud ka geene: Pyr dekarboksülaasi geen, alkoholi DH II geen, fosfoglütseraadi kinaasi geen.

Pyr dekarboksülaasi promootorit on kasutatud, et ekspresseerida Z. mobilises ensüüme, mis laiendaksid C-allikate spektrit sel organismil. On ekspresseeritud beeta-galaktosidaasi, tsellulaasi, ksüloosi permeaasi, ksüloosi isomeraasi, ksülulokinaasi, alfa-amülaasi, kuid kasvama on selle tagajärjel rakud hakanud vaid laktoosil. Kloneeritud on ka levaansukraasi geen, mis sünteesib sahharoosist levaani. Seda geeni on üritatud ekspresseerida ka teistes organismides, et toota levaani, mida saaks kasutada näiteks toidulisandina (stimuleerida selle abil bifidobakterite arengut inimese sooles).


Selts: Caulobacterales

Perekonnad: Caulobacter, AsticcacaulisCaulobacteri rakul on jätke, mis koosneb membraanist ja rakukestase ning millel on kinnitusplaat. Selle kaudu kinnituvad tahkele pinnale. Jätked on pikemad (kuni 10 rakupikkust), kui keskkonnas on vähe toitaineid. Rakud on kemoorganoheterotroofid. Neid isoleeritakse puhtast mere- ja mageveest, aga ka mullast. Nad kinnituvad teistele bakteritele, vetikatele jt mikroorganismidele ja saavad seega omastada toitaineid, mida eritavad teised rakud.


Caulobacteri raku jagunemisel moodustuvad erisugused rakud: üks liikuv, viburiga rakk ja teine liikumatu kinnitusjätkega rakk.



Caulobacter kinnitumas vetikarakkudele

Selts Rhizobiales

Seltsi kuulub 10 sugukonda, millel on väga erinevad fenotüübid.

Rhizobium on juuremügarate sümbiont, kelle abil liblikõielised taimed seovad õhulämmastikku.

Rhizobium leguminosarum ja juuremügarad hernel

Selts Rhizobiales

Perekond Agrobacterium

Liigid:A. tumefaciensA. radiobacter (pole tumorigeenne)A. rhizogenes (põhjustab hairy root-haigust).

Perekonna tüüpliigiks on A. tumefaciens.

Agrobacterium põhjustab taimedel mitmesuguseid kasvajaid. Sellel bakteril on tohutu peremeestaimede ring.

Ainult üheidulehelisi ei nakata. Nakatuvad näiteks marjapõõsad ja viljapuud. Kasvajad tekivad juurtel, okstel ja tüvel. Kasvajad takistavad vee- ja toitainete liikumist taimes. Taimed kääbustuvad ja on väheviljakad.

Agrobacterium tumefaciens

Selts Rhizobiales

Agrobacterium tumefaciensi poolt põhjustatud kasvaja õunapuu oksal

Algul on kasvaja pehme, soolatüükataoline, hiljem aga puitub.

Selts Rhizobiales

Agrobacteriumi kasutatakse taimede insenergeneetikas uute geenide sisseviimiseks taimegenoomi. Lisatavad geenid lülitatakse bakteris replitseeruvasse Ti plasmiidi.

Ti plasmiid on väga suur plasmiid, mis on vajalik bakteri virulentsuseks taimedele. Plasmiidita bakterid on avirulentsed.

Üks osa plasmiidist on T-DNA (transfer). See osa plasmiidi DNA-st integreerub taimeraku tuuma kromosoomsesse DNAsse kas ühe või mitme koopiana. Kui T-DNA-sse viia sisse võõraid geene,

siis ka need integreeritakse taimegenoomi. Samal ajal ei ole soovitav, et selline insenergeneetiliselt modifitseeritud taim oleks haige, kasvajaga. Seetõttu oleks hea, kui saaks eemaldada need geenid, mis põhjustavad taime haigestumise.

T-DNAst saab eemaldada geenid, mis kodeerivad taimehormoonide sünteesi ja asendada need nn vajalike geenidega. Insenergeneetilisel kasutamisel on vaja plasmiidi lülitada ka markergeenid, mis võimaldaks eristada transformeerunud ja transformeerimata rakke. Taimedes saab kasutada markerina resistentsust kanamütsiini suhtes. Et sisseviidavad geenid hästi ekspresseeruksid taimes, võiks nendel geenidel olla taimsed promootorid ja terminaatorid. A. tumefaciensi abil on kõige enam on transformeeritud tubakat, aga edu on saavutatud ka kartuliga, sojaga, puuvillaga, lutserniga.

On saadud näiteks herbitsiidide suhtes resistentseid taimi.

Herbitsiid “Roundup”, mille toimeaine on glüfosaat, toimib näiteks inhibeerides aromaatsete aminohapete sünteesi taimedes, nii kultuurtaimedes kui ka umbrohtudes. Seda herbitsiidi kasutatakse nn musta maa tegemiseks enne külvi. A. tumefaciensi ja mitmete teiste bakterite vastav ensüüm on aga glüfosaadile tundetu. Agrobacterioumi vastav ensüüm on kloneeritud Ti plasmiidi ja viidud Agrobacteriumi abil sojasse. Saadi soja, mis oli resistentne glüfosaadi suhtes.

Selts Rhizobiales

Hairy root

Põhjustavad Agrobacterium rhizogenese tüved, kes omavad juurt indutseerivat plasmiidi pRi. Infektsioon toimub samuti nagu Ti plasmiidi puhul. Vir geenid vastutavad T-DNA kandumise ja integreerumise eest taime genoomi, kuid taimekoes ei moodustu kasvajakude, vaid toimub massiline juurte moodustumine. Juured võivad tekkida ükskõik millisel taime osal.

Kui näiteks koetükki (porgandilõik) transformeerida sellise Agrobacteriumi tüvega, algab koerakkude massiline diferentseerumine juurteks.

Selts Rhizobiales

Saab kasutada vektorina, et viia taime geene, mis suurendaksid näiteks bioaktiivsete ainete sisaldust taimes. Transformeerunud taim hakkab tootma enam bioaktiivseid aineid.

Selts Rhizobiales

Alfa-proteobakterite hulka kuuluvad veel näiteks perekonnad Beijerinckia ja Derxia (vabaltelavad N2 sidujad).

Beijerinckia limaste kaplslitega ja limaste kolooniatega

Selts Rhizobiales

Alfa-proteobakterite hulka kuuluvad ka paljud jätketega bakterid: Hyphomicrobium, Nevskia, Prosthecomicrobium ja Seliberia. Enamikul neist bakteritest moodustuvad jätked pungumise käigus.

Nevskia

Selts Rhizobiales

Selts Rhizobiales

Seliberia stellata

Alfa-proteobakterite hulka kuuluvad ka paljud jätketega bakterid: Hyphomicrobium, Nevskia, Prosthecomicrobium ja Seliberia. Enamikul neist bakteritest moodustuvad jätked pungumise käigus. Selts Rhizobiales

Prosthecomicrobium

Hyphomicrobium

Hyphomicrobium on aeroobne punguv kemoheterotroofne bakter. Kinnitub takketele pindadele. Emarakule moodustub hüüf, mis kasvab mitme mkm pikkuseks. Nukleoid replitseerub ja üks koopia liigub hüüfi otsa, kuhu moodustub pung. Kui pung küpseb, siis moodustub talle 1-3 viburit, moodustub vahesein ja pung vabaneb. Ta ujub eemale, kinnitub ja hakkab punguma.

Emarakk võib ühe hüüfi otsa korduvalt pungasid moodustada. C-allikate spekter ei ole Hyphomicrobiumil v. lai. Talle meeldivad etanool, atsetaat ja ühesüsinikulised metanool, formaldehüüd ja formiaat. Seega on ta fakultatiivne metülotroof. Kuna ta on nii vähenõudlik, siis arvatakse, et ta on eriti tüüpiline oligotroofsetes veekogudes.

Selts Rhizobiales

Seltsi Rhizobiales kuuluvad ka N2 fikseeriv

sümbiontne Bradyrhizobium, purpurne mitteS-bakter Rhodopseudomonas ja ka rida nitrifitseerijaid perekondi: Nitrobacter, Nitrococcus ja Nitrospina.Need nitrifitseerijad bakterid oksüdeerivad nitritit nitraadini.

Nitrifikatsiooni esimest etappi läbvi viivad nitrifitseerijad bakterid kuuluvad beeta-proteobakterite hulka.

Selts Rhizobiales

Documents

Hõimkond Proteobacteria